近日，生命科學(xué)學(xué)院莊楚雄/鄭少燕/劉振蘭團隊在中科院一區(qū)TOP期刊Plant Physiology（5year IF: 8.972）上發(fā)表了題為 “SET DOMAIN GROUP 711-mediated H3K27me3 methylation of cytokinin metabolism genes regulates organ size in rice ”的論文（論文鏈接：https://doi.org/10.1093/plphys/kiad568），揭示了組蛋白修飾調(diào)控水稻器官大小的分子機制，為尋找可用于理想株型改良的表觀遺傳資源提供新思路。

水稻（Oryza sativa L.）是世界重要的糧食作物，全球氣候變暖和耕地面積減少使水稻單產(chǎn)面臨巨大挑戰(zhàn)。水稻器官大小包括種子大小、葉片大小、株高和莖稈粗細等，是水稻生長發(fā)育中的重要表型，也是水稻重要的產(chǎn)量性狀。SET DOMAIN GROUP 711（OsSDG711）是Enhancer of Zeste [E(z)]在水稻中的同源基因，編碼一種組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶H3K27me3，是染色質(zhì)重塑復(fù)合體PRC2（Polycomb Repressive Complex 2）的成員，參與水稻基因的表達調(diào)控。研究表明，SDG711在水稻生長和發(fā)育過程中具有重要作用。目前未見H3K27me3組蛋白修飾調(diào)控相關(guān)基因控制水稻器官大小的功能機制。

研究發(fā)現(xiàn)，OsSDG711的敲除產(chǎn)生了顯著變矮變小的植株，其葉片、莖稈和籽粒等均顯著變小。細胞學(xué)分析表明，OsSDG711主要通過調(diào)控細胞長度和細胞寬度來影響器官大小。H3K27me3抗體進行染色質(zhì)免疫共沉淀測序（ChIP-seq）結(jié)果顯示，在OsSDG711敲除株系Ossdg711中，與細胞分裂素氧化酶/脫氫酶基因（OsCKXs）相關(guān)的H3K27me3水平降低。ChIP-qPCR分析表明，OsSDG711通過H3K27me3組蛋白修飾調(diào)節(jié)多個OsCKX基因的表達。進一步研究發(fā)現(xiàn)，OsSDG711直接與這些OsCKX基因的啟動子結(jié)合。同時，代謝分析也發(fā)現(xiàn)，與野生型植株相比，OsSDG711植株中細胞分裂素含量顯著降低。總之，論文的研究結(jié)果揭示了一種基于OsSDG711介導(dǎo)的通過H3K27me3修飾水平調(diào)節(jié)水稻細胞分裂素代謝途徑和器官發(fā)育相關(guān)基因表達的表觀遺傳機制。OsSDG711可能是一種可用于理想株型改良的尚未開發(fā)的表觀遺傳資源。

圖1 OsSDG711調(diào)控水稻器官大小的工作模型

在讀博士生盧靜沁、已畢業(yè)碩士姜左杰、在讀博士生陳俊宇為論文的共同第一作者。莊楚雄研究員團隊的鄭少燕副教授和劉振蘭教授為該論文的通訊作者。莊楚雄研究員為該工作提供了指導(dǎo)和幫助。本研究得到了“十四五”廣東省農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新大主攻方向“揭榜掛帥”項目、國家自然科學(xué)基金、嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)實驗室項目、廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用研究重大項目和雙一流學(xué)科推進項目的資助。

文圖/生命科學(xué)學(xué)院